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真空镀膜:电子束加热蒸发源

* 来源: * 作者: * 发表时间: 2020-01-10 0:35:35 * 浏览: 0
在真空涂布中,通常在涂布机中使用的蒸发源是电阻加热蒸发源,电子束加热蒸发源,中空热阴极等离子体束蒸发源和感应加热蒸发源。随着薄膜技术的广泛应用,不仅对薄膜的种类有很多要求,而且对薄膜的质量要求也越来越严格。为了满足该要求,仅电阻加热蒸发源不能满足蒸发某些金属和非金属材料的需要。在这种情况下,电子束被显影为气相沉积膜材料的热源。电子束加热的原理是基于这样的事实,即电子在电场的作用下获得动能并撞击薄膜,从而使薄膜加热并汽化以实现蒸发涂层。电子束加热源具有以下优点。 ①可以获得比电阻热源更大的能量密度,其值可以达到104W / cmsup2,〜109W / cmsup2,因此可以将薄膜表面加热到3000°C〜6000°C。它提供了良好的热量溶解性差的金属和非金属材料(例如W,Mo,Ge,SiO2,Al2O3等)的蒸发源。并且由于将蒸镀材料放在水冷坩埚中,因此坩埚材料及其混合物的蒸发可以避免与薄膜材料发生反应,这对于提高薄膜的纯度非常重要。 ②可以将热量直接添加到薄膜表面,热效率高,传热层和散热损失小。电子束加热的缺点是电子枪的结构复杂,加速电压高。高压下产生的X射线对人体有害。另外,由于电子轰击,大多数化合物易于发生分解,因此不适合于气相沉积化合物膜。 (1)磁偏转电子束加热蒸发源电子束作为熔融薄膜材料的热源,有多种类型,如熔滴型,直枪型,环型等。由于真空蒸发设备中这些热源的许多缺点,它们已被磁偏转电子束热源所取代。磁偏转电子束蒸发源发射的电子的轨迹与e相似,因此称为e型电子束源,简称为e-gun。图10-4显示了两种类型的家用电子枪。电子枪的工作原理如图10-4所示。加热后,阴极灯丝发射热电子,其初始动能为0.3 eV。这些热电子受到灯丝阴极和阳极之间电场的限制。它们不仅会以一定的会聚角会聚成束,而且会受到磁场的影响。 ,在Etimes,B方向偏转。当它到达阳极孔时,电子能量可以增加到10ke​​V。通过阳极孔后,电子束在偏转磁场的作用下偏转270o,入射到坩埚表面的薄膜材料轰击要加热和蒸发的薄膜材料。电子束轰击该薄膜,这将激发许多有害的散射电子,例如反射电子,反向散射电子和二次电子。图10-5中的吸收电极6吸收这些有害电子,并可以保护基板和膜层。 (2)空心热阴极等离子体电子束蒸发源空心热阴极等离子体电子束蒸发源称为HCD枪。 ①HCD喷枪的工作原理和特点:HCD喷枪的原理如图10-6所示。将空心钽管用作阴极,并将膜材料用作阳极,并将其置于真空室中。用泵将真空室抽真空至高真空后,将少量氩气通入钽管中,以保持真空室内的真空度为1 Pa至10-2 Pa。此时,在阴极和阳极之间增加了起弧功率,并且点燃了氩气。当电压达到点火电压UB时,氩气被离子化。这样一来,在空心阴极中产生高压等离子体,直流放电电压约为100V至150V,电流仅为几安培。一旦氨气被离子化,等离子体中的正离子就会连续轰击阴极钽管。当将八段钽管加热到2300K-2400K的工作温度时,会发生热电子发射,放电转换为稳定状态,电压下降到30Vmdash,50v,等离子电子束电流增加到一定的价值。此时,从空心阴极引出的高密度等离子体电子束在电场的作用下被导向薄膜材料。膜材料被加热到蒸发温度,开始蒸发,并沉积在基板上以形成膜。该蒸发源具有以下特征:空心阴极放电会形成非常稠密的等离子体,并且大部分通过阴极的气体都会被电离。 B.阴极的工作温度可以达到3200K。当蒸发的原子通过等离子区时,它们通过等离子激发而被电离,电离率可达到20%。 C.阴极不易损坏,寿命更长,d。可在气体辉光放电区域工作,稳定的工作压力为1Pamdash,10-2Pa。如果工件经受数十伏或几百伏的负高压,则金属离子轰击到工件上以形成膜,并且该膜具有良好的粘合强度。如果通过反应气体,则可以制备复合膜(例如TiN,TiC等)。 E.结构简单。 F.它在低电压和高电流下工作,因此使用安全并且易于自动控制。 ②HCD枪的结构:HCD枪的典型结构如图10-7所示。它由带有水冷接头的钽管空心阴极,聚焦磁场线圈,辅助阳极和偏转磁场线圈组成。此枪的水冷坩埚和聚焦线圈的放置与电子枪的它不是放置在喷枪主体上,而是放置在与喷枪中心线成一定角度和一定距离的真空室外壳上。为了使喷枪和真空腔室之间的距离较大,以消除空心阴极的金属溅射和金属蒸气污染,并防止电连接器和冷却器对腔室壁产生电弧,目前使用水平放置。
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